オリゴチオフェン，ポリチオフェンの革新的合成法：C－Hカップリング反応によるアプローチ [PDF :1.3MB]
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(2) 2012.4 No.153. 3 位に置換基を有するオリゴチオフェンでは，その結合の様式から Figure 2 に示すように，head-tohead（HH），tail-to-tail（TT） ，head-to-tail（HT）の３種の構造異性体が生成し得る。３種類の位置異 性のうち，主鎖のねじれが最も少なく，平面性にすぐれた head-to-tail 型のオリゴチオフェンは，材料 物性に最も優れた性質を発現する例が多く 2c, 7d, 9d)，その効率的な合成法を開発することは有機化学に おいて，興味深い課題である。. S S tail-to-tail (TT). S S head-to-head (HH). S S head-to-tail (HT). Figure 2. Regioregularity of oligothiophenes. 2-1. 従来の Head-to-tail（HT）型オリゴチオフェン合成法 オリゴチオフェン合成には，遷移金属触媒を用いたクロスカップリング反応によりチオフェン−チ オフェン結合を形成させる方法が一般的に用いられており，Suzuki − Miyaura カップリング（有機ホ ウ素化合物），Migita − Kosugi − Stille カップリング（有機スズ化合物）などが多用されている 10, 11)。 この方法では，得られたビチオフェンの末端の C H 結合をハロゲン化し，再びクロスカップリング反 応させることによって，さらなるチオフェンユニットの拡張を行うことができる。したがって，クロ スカップリング反応とハロゲン化を繰り返すことにより，逐次的にチオフェンユニットを拡張してい くことが可能であり，head-to-tail 型のオリゴチオフェンも，この手法を利用することによりおこなわ れてきた（Scheme 1）12, 13, 14)。. R M. R S. X. H S M = B, Sn, Si. R S. catalyst. R S. H. X = Br or I R. R. halogenation X+. S. S. 2 steps/extension X. HT-oligothiophene. Scheme 1. Synthetic strategy for the stepwise preparation of HT-oligothiophene. また，我々のグループでも，パラジウム触媒を用いる C H カップリング反応を利用したオリゴチオ フェンの合成法を報告している 15)。我々は以前に，C H 結合をもつチオフェンとヨウ化アリールをフッ 化カリウム / 硝酸銀，パラジウム触媒存在下で反応させると，チオフェンの C H アリール化が進行す るが，同様の反応は，臭化アリールとは全く進行しないことを見出している 16)。この性質を利用する ことで，C H 結合をもつブロモチオフェンとヨードチオフェンを反応させると C I 結合がチオフェン に置換したカップリング生成物が得られるが，チオフェン環状の炭素−臭素結合はまったく反応せず. 3.
(3) 2012.4 No.153. 生成物に残るため，ブロモビチオフェンが得られる。その炭素−臭素結合をハロゲン交換反応により ヨウ素に変換することで得られるヨードビチオフェンは，再度ブロモチオフェンとの C H カップリン グ反応に用いることができるため，カップリング反応とハロゲン交換を繰り返すことで，チオフェン ユニットの拡張を行うことができる（Scheme 2） 。. R. R I +. S. H. Br. S. S. C-H coupling. R. R. S. R S. Br. 2 steps/extension. I+ halogen exchange. R. Pd cat. KF/AgNO3. HT-oligothiophene. I. S. Scheme 2. Iterative synthesis of oligothiophene by C-H functionalization and halogen exchange. 2-2. 位置選択的な C−H カップリング反応を利用する HT 型オリゴチオフェンの合成 17) 我々は，3 ヘキシルチオフェンの位置選択的な C H カップリング反応を利用することによって，従 来よりもはるかに簡便なオリゴチオフェンの合成法開発に成功した。3 ヘキシルチオフェンの２つの C H 結合のうち 5 位のみを位置選択的に活性化することが可能ならば，遷移金属触媒を用いて 2 ブロ モ 3 ヘキシルチオフェンの炭素−臭素結合でクロスカップリングさせ HT 型のビチオフェンが得られ ると考えた。また，得られたビチオフェンの C H 結合で再度，位置選択的にカップリングするならば HT 型のターチオフェン（三量体）となる。したがって，同様の反応を繰り返すことで，1 チオフェン ユニットの拡張を１ステップで達成できる。従来の合成法では，チオフェンユニットを拡張するため に，カップリングと官能基変換の２ステップを必要とするため，この方法を用いるならば，従来の合 成法よりも飛躍的に効率的な合成法となり得るだろう（Scheme 3） 。. nHex n. H. Hex. nHex. base. H. S n. Hex. n. M. Hex. H. S. n. Hex. Br. S Ni cat.. n. Hex. n. Hex N MgCl·LiCl. S. S. S. S. n. S. HT-oligothiophene. TMPMgCl·LiCl. Scheme 3. Oligothiophene synthesis by regioselective metalation. 4.
(4) 2012.4 No.153. 位 置 選 択 的 な C H 結 合 の 活 性 化 と カ ッ プ リ ン グ に よ る HT 型 オ リ ゴ チ オ フ ェ ン の 合 成 は， TMPMgCl･LiCl（Knochel − Hauser 塩基）18, 19) とニッケル触媒を用いることで実現することができた。 かさ高いマグネシウムアミドである TMPMgCl･LiCl を 3 ヘキシルチオフェンと反応させると 5 位が 位置選択的にメタル化され，対応する Grignard 反応剤が生成することを確認した。TMPMgCl･LiCl を 3 ヘキシルチオフェンと室温 3 時間反応させた後，N,N ジメチルホルムアミドと反応させると 5 位の みがホルミル化されたチオフェンが得られた（Scheme 4） 。 Asselin らは，触媒量 2,2,6,6 テトラメチルピペリジン（TMPH）とエチルグリニャール反応剤（EtMgCl） を用いると，3 メチルチオフェンの 5 位のプロトンを高選択的にメタル化し，カルボニル化合物と反 応させることにより炭素−炭素結合生成反応が起こることを報告している 20)。我々も，3 ヘキシルチ オフェンに対して 10 mol% の TMPH と EtMgCl を反応させたところ，5 位が選択的にメタル化される ことがわかった。一方，TMPH の代わりにジシクロヘキシルアミン（Cy2NH）を二級アミンとして用 いると 2 位のメタル化も起こり，位置選択性が低下した。. n. H. S. nHex. Hex base. H. Mg. HCONMe2. OHC. base TMPMgCl·LiCl TMPH(10 mol%)/EtMgCl Cy2NH(10 mol%)/EtMgCl. H + H. S n. S. nHex. n. Hex H. S. +. 93% 80% 56%. H. S. Mg. Hex CHO. <1% <1% 7%. Scheme 4. Regiochemical study on the metalation of 3-hexylthiophene with TMPMgCl·LiCl or cat.TMPH/EtMgCl. 触媒量の TMPH と EtMgCl を用いてチオフェンの C H 結合がメタル化される機構を Scheme 5 に 示した。まず，TMPH と EtMgCl が反応してマグネシウムアミド（TMPMgCl）が形成される。この TMPMgCl が 3 ヘキシルチオフェンの 5 位の C H 結合をメタル化すると同時に，TMPH が再生するた め，触媒量の二級アミンを用いるだけで，チオフェン C H 結合のメタル化が進行すると考えられる。. n. ClMg. H. S. n. H. S. Hex EtMgCl N H TMPH. Hex H. N MgCl. Et-H. Scheme 5. Mechanism of matalation of thiophene with cat.TMPH/EtMgCl. 5.
(5) 2012.4 No.153. Scheme 6 に示すように，TMPMgCl･LiCl もしくは触媒量の TMPH と EtMgCl を用いて得られたメ タル化チオフェンからの，head-to-tail 型オリゴチオフェンの合成に成功した。3 ヘキシルチオフェン と TMPMgCl･LiCl を室温で 3 時間反応させた後，2.0 mol% のニッケル触媒 Ni(cod)2/2SIPr の存在下，. 2 −ブロモ 3 −ヘキシルチオフェンと反応させると，head-to-tail 型ビチオフェンが定量的に得られた。 また，得られたビチオフェンに対し 10 mol% の TMPH と EtMgCl を 66 ºC で 24 時間反応させた後，. NiCl2dppp 存在下，2 ブロモ 3 ヘキシルチオフェンと反応させるとターチオフェンが 90% の収率で得. られた。さらに，得られたターチオフェンに対して 2 ブロモ 3 ヘキシルチオフェンとカップリング させることにより四量体を 72% で得ることに成功した（Scheme 6 a）。また，HT 型ビチオフェンに. 対して，ブロモビチオフェンをカップリングさせることで四量体が 69% で得られ，HT 型ターチオフェ ンに，ブロモターチオフェンをカップリングさせると，六量体を 52% の収率で得ることも可能となっ た（Scheme 6 b） 。. n. a) nHex. n. TMPMgCl·LiCl S. ClMg. rt, 3 h 1) TMPH (10 mol%) + EtMgCl (1.5 eq.) 2) Th-Br. S. Br. S Th-Br. n. Ni(cod)2+2SIPr (2 mol %) 60 °C, 20 h. S. nHex. NiCl2dppp (2.0 mol%) 60 °C, 26 h. Hex. Hex. nHex. S. Hex. n. Hex. S S HT-2-mer , >99%. nHex. S. HT-3-mer , 90%. 1) TMPH (10mol%) + EtMgCl (1.8 eq.) 2) Th-Br. nHex. S. NiCl2dppp (2.0 mol%) 60 °C, 16 h. n. n. Hex. S. n. Hex. S. Hex. S. HT-4-mer , 72%. b) n. HT-2-mer. TMPH (10 mol%) + EtMgCl (1.5 eq.). S. S. n. Br HT-4-mer 69%. Hex n. TMPH (10 mol%) + EtMgCl (1.0 eq.) 66 °C, 45 h. Hex. NiCl2dppp (2 mol %) 60 °C, 24 h. 66 °C, 24 h. HT-3-mer. n. Hex. H. S. Br 3. Ni(cod)2+2SIPr (10 mol %), 60 °C, 43 h. H. S. Hex. H 6. 52%. Scheme 6. Stepwise synthesis of head-to-tail type oligothiophene. また，2 ブロモ 3 ヘキシルチオフェンの代わりに 2 クロロ 3 ヘキシルチオフェンを用いても，触 媒として NiCl2(PPh3)IPr を利用することで，高収率で HT 型ビチオフェンおよびターチオフェンが得 られることもわかった（Scheme 7）。. 6.
(6) 2012.4 No.153. n. Hex 1) TMPH (10 mol%) + EtMgCl (1.2 eq.) 2) Th-Cl. S. nHex. S S HT-2-mer , 88%. NiCl2PPh3IPr 2.0 mol% 60 °C, 21 h 1) TMPH (10 mol%) + EtMgCl (1.5 eq.) 2) Th-Cl NiCl2PPh3IPr 2.0 mol% 60 °C, 22 h. nHex. nHex. S. nHex. S. n. Hex. nHex. S Th-Cl. Cl. S. HT-3-mer , 92%. Scheme 7. Oligothiophene synthesis with 2-chloro-3-hexylthiophene. 今回開発したオリゴチオフェン合成法を色素増感太陽電池の有機色素として用いられる MK-1 お よび MK-2 の形式全合成にも応用が可能である。MK-1 および MK-2 は優れた光電変換効率を示すこ とが知られる有機色素であり 9b, 9d)，従来のルテニウム錯体型の色素に替わる次世代の色素増感太陽 電池材料として期待されているものである。HT 型三量体および四量体オリゴチオフェンに対して， TMPMgCl･LiCl を反応させた後，3 ヨード 9 エチルカルバゾールをパラジウム触媒（PEPPSI SIPr） 21- 23). 存在下で反応させることによりカルバゾール部位を良好な収率で導入することに成功した。また，. 得られた生成物は Vilsmeier Haack 反応と Knoevenagel 反応を用いる既存の変換反応を利用することで， オリゴチオフェンの末端にシアノアクリレート部位を導入することができ MK-1，MK-2 へと誘導する ことができる（Scheme 8）9)。. n. H. S. Hex. n. H. n=3 or 4. nHex. 1) TMPMgCl·LiCl 2) 3-iodo-9-ethylcarbazole Pd-PEPPSI-SIPr (2 mol%) 60 °C, 20 h. S. N. n. H. 96% (n=3) 65% (n=4) n. 1) POCl3, DMF 2) CH2(CN)COOH. Hex. CN N. S. n. COOH. MK-1 (n=3) MK-2 (n=4). Scheme 8. Oligothiophene synthesis with 2-chloro-3-hexylthiophene. 3 位に異なる置換基をもつチオフェンどうしのカップリングも，同様の反応を利用することにより 合成することができる。種々の 3 位置換チオフェンに対して，同様の反応条件により位置選択的に 5 位 C H 結合を活性化し，異なる 2 ブロモ 3 置換チオフェンとのカップリング反応を行ったところ良 好な収率で置換基の異なるビチオフェンが得られた。また得られたビチオフェンに対してさらに置換 基の異なるチオフェンをカップリングさせることにより３つとも置換基の異なるターチオフェンの合 成にも成功した（Scheme 9）。. 7.
(7) 2012.4 No.153. R2 R1. TMPMgCl·LiCl. H. S. S. Ni(cod)2 + 2SIPr (2.0 mol %). rt, 3 h. n. H S. n. OMe. Hex. S. S. 81%. S. S. S. n. Hex. S. S. S. S. (CH2)3C4F9 S. Me S. S. S. 78%. nHex. S 55%. nHex. Me. 77% OMe. R1. 80%. nHex. 77%. S. nHex. Hex. 87%. (CH2)3C4F9. R2. Br. (CH2)3C4F9 S. Scheme 9. Differently-substituted oligothiophenes. 3 ブロモチオフェンを用いるポリチオフェン合成 Head-to-tail 構造に制御されたポリ(3 ヘキシルチオフェン )（P3HT）の合成は，2,5 ジブロモ 3 置 換チオフェンに対して，亜鉛またはマグネシウム反応剤を作用させ，5 位を選択的にメタル化した後 に，残った炭素−臭素結合に対して Grignard 反応剤を用いる熊田−玉尾クロスカップリング，もしく は有機亜鉛を用いる根岸カップリング反応による重縮合反応から合成される。1992 年に Rieke らは， Rieke 亜鉛（Zn*）と呼ばれる活性化した金属亜鉛を 2,5 ジブロモ 3 ヘキシルチオフェンと低温で反 応させチオフェン 5 位の炭素−臭素結合を位置選択的に有機亜鉛と変換した後に，パラジウムまたは ニッケル触媒を加えることでクロスカップリング重合が進行して，head-to-tail 型の P3HT が得られる ことを発表している 24)。後に McCullough らは，Grignard 反応剤によるマグネシウム−ハロゲン交換 反応により同様な有機金属種を発生させ，ポリチオフェン合成に成功した（GRIM 法）25)。また，横 澤らは，5 ヨード 2 ブロモチオフェンを用いることにより金属種発生の位置選択性を向上させると ともに，反応のリビング重合性などにも言及した 26)。 一方，チオフェンの C H 結合を利用して，同様な重合反応活性種を発生させポリチオフェン合成 をおこなう試みとしては，McCullough らが，リチウムアミド を用いて低温でチオフェン 5 位の水素 引き抜きをおこない，続いて塩化亜鉛などを加えることにより金属交換し，ニッケルやパラジウム触 媒によりポリチオフェン合成をおこなっているが，低温の反応条件や煩雑な操作を要する 27)。我々は， より簡便で実用的な head-to-tail 型 P3HT の合成法開発をめざし，オリゴチオフェン合成の時に有効で あった Knochel Hauser 塩基に着目し，2 ブロモ 3 ヘキシルチオフェンとの反応により重合活性のあ る有機金属種を発生させ，触媒反応によるポリチオフェン合成をめざした。その結果，室温で C H 結 合から金属種を位置選択的に発生することができ，しかもメタル化はわずか 30 分以内で完了するこ とがわかった（Table 1）。. 8.
(8) 2012.4 No.153. Table 1. Generation of metalated thiophen as polythiophene precursor. nHex. nHex. Step 1 Y. S. M. X. S. X. nHex. +. Y. A. M. S B. ratio A/B (M). Method. X. Y. Step1. Rieke. Br. Br. Zn*, −78 °C to rt, 4 h. 97 : 3 (ZnBr). GRIM. Br. Br. RMgX, rt, 30 min. Yokozawa. Br. I. i. PrMgCl, 0 °C, 30 min. ~85 : ~15 (MgX) ~99 : ~1 (MgCl). McCullough. Br. H. 1) LDA, −40 °C, 40 min 2) ZnCl2, −60 to −40 °C, 40 min. ~98 : ~2 (ZnCl). Our group. Br. H. TMPMgCl·LiCl, rt, 30 min. ~99 : ~1 (MgCl·LiCl). この方法を用いてブロモチオフェンの重合反応を行ったところ，既存の重合法で高い反応性を示し ている NiCl2dppe もしくは NiCl2dppp を用いたとき反応が速やかに進行し，目的とする P3HT を良. 好な収率，高い HT 構造選択性で得られた（Scheme 10）28)。反応はほぼ定量的に進行し目的とする ポリチオフェンが得られ，その分子量はモノマーとニッケル触媒の仕込み比により決まる。触媒をブ. ロモチオフェンに対して 0.5 mol% 用いた場合には，４万を超える分子量のポリチオフェンが 98% 以 上の HT 選択性で得られ，分子量分布も比較的狭い値を示している。. n. Hex. H. S. Br. n. Ni cat. TMPMgCl·LiCl 1eq. (0.5 mol%) THF, rt, 3 h. THF, rt, 24 h. S. Hex. n. NiCl2dppe. quant. Mn=44900 HT=98% Mw/Mn=1.32. NiCl2dppp. 73% Mn=22300 HT=97% Mw/Mn=1.35. Scheme 10. Synthesis of HT-P3HT with 2-bromo-3-hexylthiophene and Knochel-Hauser base. 必要な基質，試薬，触媒を同時に添加する one-shot 型の重合法は操作の簡便さという点で非常に興 味深い。2,5 ジブロモ 3 ヘキシルチオフェンの脱臭素型の重合（GRIM 法）においては，ジブロモチ オフェンに等量のアルキル Grignard 反応剤を加えて，すべてをメタル化されたチオフェンに変換した 後に遷移金属触媒を加えて重合反応をおこなわないと目的とするポリマーはまったく得られない。こ れは，ポリマーの成長末端である，Thienyl‒Ni‒Br に対し未反応のアルキル Grignard 反応剤が作用す ることでチオフェン末端のアルキル化が進行し，重合の停止反応となるためである 29)。一方，かさ 高いマグネシウムアミドである Knochel Hauser 塩基がポリマー成長末端とは反応しないならば，基 質であるチオフェン，ニッケル触媒，塩基を同時に入れても重合が進行すると期待して検討を行った （Scheme 11）。. 9.
(9) 2012.4 No.153. n. n. Hex. RMgCl. S. n. Hex. S. n. n. Ni. R S. n. R. termination. Br. Ni. Hex. TMPMgCl·LiCl no reaction. Scheme 11. Proposed mechanism for termination reaction with alkyl Grignard reagent. ニッケル触媒に NiCl2dppp を用いて one-shot 型の重合反応を行ったところ分子量分布が比較的広い. が良好な収率，高い HT 選択性で目的のポリマーが得られることが分かった。分子量分布の狭いポリ マーを得るには，分子内に 2 メチルフェニル（o-tol）基を持つニッケル錯体と DPPP から発生させた. NiCl(o-tol)dppp30) を触媒として用い行うことが有効であり，ポリマー末端を 2 メチルフェニル基で置 換した P3HT が非常に狭い分子量分布，高い HT 選択性で得られた（Scheme12） 。この方法を用いる ならば，反応後のモノマーのつぎ足しや異種モノマーによるブロック共重合体合成をおこなう場合で も，それらのメタル化されたチオフェンをモノマー前駆体である 2 ブロモ 3 置換チオフェンから別 途合成する必要がないため反応操作の簡便さは格段に向上する。GRIM 法とは異なる CH カップリン グ重合法の特長である。. n. Hex. H. S 50 eq.. Br + Ni cat.. nHex. TMPMgCl·LiCl (1eq.) THF, 3 h, rt. S. n. 1 eq. NiCl2dppp. 90% Mn=10500 HT=98% Mw/Mn=1.84. NiCl(o-tol)(PPh3)2 +DPPP. 70% Mn=9500 HT=99% Mw/Mn=1.14. Scheme 12. One-shot polymerization using Knochel-Hauser base. 4 超高分子量ポリチオフェンの合成 ブロモチオフェンの重合反応においてニッケル触媒の最適化を行っていた際，Nolan らによって開 発された，ニッケル配位子として N ヘテロ環状カルベン（SIPr）シクロペンタジエニル基を有する 触媒 CpNiCl(SIPr)31) を 2 mol% 用いて重合反応を行ったところ数平均分子量が 10 万を超えるポリチオ フェンが得られることがわかった。これは 2 mol% の触媒を用いて重合を行った際の理論上の分子量 （ca. 8000）を遥かに超えている。重合反応条件の最適化を行ったところ，以下のような条件で反応を 行うことで重量平均分子量 40 万を超えるポリチオフェンが得られた（Scheme 13）。既存の重合法に より分子量が 10 万を超える HT 型に構造が制御されたポリチオフェンが合成された例はほとんど知ら れず，市販品として入手できるポリチオフェンの分子量は最大でも 5 万程度であり，この触媒系を用 いることによる合成できる超高分子量ポリチオフェンには，新規な物性等の発現が期待される。. 10.
(10) 2012.4 No.153. n. n. Hex TMPMgCl·LiCl CpNiCl(SIPr) (1 eq.) (2 mol%). H. S. Br. THF, 3 h, rt. iPr. i. Hex i. S. THF, 24 h, rt. n. i. Pr. Cl. 81% Mn=220,000 Mw/Mn=1.85. Pr. N. N. Pr. Ni. CpNiCl(SIPr). Scheme 13. Polymerization of 2-bromo-3-hexylthiophene using CpNiCl(SIPr). 5 クロロチオフェンの重合反応 ポリチオフェンの大量合成を志向するには，反応前後の原子効率の最適化は非常に重要な課題であ る。McCullough らによるジブロモチオフェンの GRIM 重合反応では，反応がもっとも効率的に進行 した場合でも 100 g のモノマーから得られるポリチオフェン（P3HT）は，最大 50 g である。一方，モ ノブロモチオフェンから C H カップリング重合により得られるポリチオフェンは，100 g から約 70 g となる。そこで，クロロチオフェンをモノマーとして用いポリチオフェン合成が可能ならば，さらな る原子効率の向上が期待できるのではないかと考え検討した。クロロチオフェンを用いた脱塩化水素 型の重縮合反応では反応前後の質量損失を最大 17% にまで抑えることができる（Scheme 14）。しか し，クロスカップリング反応では一般に，塩化アリールのカップリング反応の反応性は対応するヨウ 化物，臭化物にくらべると著しく低下することも知られている。. n. X. n. Hex. H. Br. S. (X=Br, I) 49-55% mass loss. S. n. Hex. Hex. H. Br. 32% mass loss. S. Cl. 17% mass loss. Scheme 14. Atom efficiency in the polythiophene synthesis. 実際にクロロチオフェンの重合反応を，ブロモチオフェンで効率よく重合が進行した反応条件， TMPMgCl･LiCl と 0.5 mol% の NiCl2dppe を用いて 25℃，24 時間行ったところ，得られたポリマーの 収率は 18% に低下し，数平均分子量もわずかに 4000 程度のポリマーが得られるのみであった (Mw/. Mn=1.34)（Scheme 15）。. n. H. S. Hex. X. 1) TMPMgCl·LiCl 2) NiCl2dppe (0.5 mol%) rt, 3+24 h. n. Hex. S. n. X=Br >99% X=Cl 18%,. Scheme 15. Effect of halogen atom in the Ni-catalyzed P3HT synthesis. 11.
(11) 2012.4 No.153. Knochel Hauser 塩基を用いた 2 クロロ 3 ヘキシルチオフェンの重合反応について配位子の検討 を行った。NiCl2dppp を用いたときは収率 57% で目的のポリマーを得ることができたが，数平均分. 子量は 9700 で，その理論値（ca. 33000）と比較してはるかに低い。しかし，触媒を市販品として入 手できるトリフェニルホスフィンと N ヘテロ環状カルベン（NHC）配位子をもつニッケル (II) 錯体 NiCl2(PPh3)IPr. 32). に代えたところ，触媒活性が飛躍的に向上し数平均分子量 29200 のポリチオフェン. が比較的狭い分子量分布（Mw/Mn = 1.29）で得られた（Scheme 16）33)。. i nHex. H. S. Cl. nHex. TMPMgCl·LiCl NiCl2(PPh3)IPr (0.5 mol%) (1 eq.) THF, 3 h, rt. THF, 24 h, rt. i. Pr N i. S. Pr. n. 67% Mn=29200 HT=99% Mw/Mn=1.29. Pr. N i. Pr Cl Ni Cl PPh3 NiCl2(PPh3)IPr. Scheme 16. Polymerization of 2-chloro-3-hexylthiophene using NiCl2(PPh3)IPr. この重合について消費したモノマー濃度比と仕込み触媒濃度の比を横軸にとり数平均分子量と分子 量分布をそれぞれ縦軸にとったものを Figure 3 (a) に示す。実線はリビング的に進行していると仮定 した場合の分子量の理論値を示しており，消費モノマー濃度と触媒濃度の比が分子量と比例関係で得 られたこと，その値が理論値と良い一致を示していることが確認できる。また，モノマーの転化率と 分子量，分子量分布の関係を Figure 3 (b) に示す。反応が進行するにつれて分子量が，比較的狭い分 子量分布を保ったまま直線的に増大している。これら二つよりモノマーにクロロチオフェンを，触媒 に N ヘテロ環状カルベンを配位子に用いたニッケル触媒を用いたときも重合がリビング的に進行し ており，分子量，分子量分布の制御が可能であることがわかった。. Figure 3. ( a) Relationship of the monomer/catalyst feed ratio toward Mn and Mw/Mn. (b) Relationship of monomer conversion vs Mn. 6 触媒量のアミンと Grignard 反応剤の組み合わせを利用する方法 脱塩化水素型の重縮合反応に必要な，モノマーである有機金属種を発生させるために，オリゴチオ フェン合成の時と同様に触媒量のアミンと Grignard 反応剤を用いて行うことでポリチオフェン合成の 効率をさらに向上させられると考え検討を行った。P3HT 合成のモノマーである 2 ハロチオフェンの. 12.
(12) 2012.4 No.153. メタル化が可能かどうかまず検討した。10 mol% の TMP と 1 当量の EtMgCl を用いて 2 クロロ 3 ヘ キシルチオフェンを 60 ℃で 10 時間反応させ，続いてヨウ素を反応させたところ 5 位がヨウ素化した 化合物が 88% の収率で得られ，触媒的にメタル化が進行していることが確認できた。 一方，基質としてブロモチオフェンを用いた場合には，5 位のメタル化はほとんど進行せず，80% の転化率で 2 位の臭素がヨウ素に交換されたものが得られるだけであった。これは，触媒量用いたア ミンは反応に関与することなく Grignard 反応剤による金属−ハロゲン交換反応が優先したものと推定 される（Scheme 17）。そこでクロロチオフェンを基質に用いアミンと Grignard 反応剤との組み合わ せの最適化を行った。この際，位置選択性の発現を要する 3 −ヘキシルチオフェンの 5 位選択的メタ ル化反応とは異なり 2 クロロ 3 ヘキシルチオフェンのメタル化反応では，それほどかさ高いアミン を必要としないと考え，アミンとアルキル Grignard 反応剤を変えていくつか検討を行った。その結果， 塩素原子の置換基効果により無置換の 3 ヘキシルチオフェンと 2 クロロ 3 ヘキシルチオフェンでは 脱プロトン化反応の反応性が大きく異なることが判明した。特に EtMgCl とジシクロヘキシルアミン （Cy2NH）を用いたとき 60 ℃，1 時間で反応が完結していることが分かった（Table 2）。. n. nHex. H. S. X. TMP (10 mol%) EtMgCl (1 eq.). n. Hex. X = Cl. Hex. I2 Mg. 60 °C, 10 h. I. Cl. S. n. Cl S 88% n. Hex. Hex. I2 H. X = Br. H. Mg. S. S 80%. I. Scheme 17. Metalation of 2-halothiophene with Grignard reagent and a catalytic amount of amine. Table 2. Generation of thienyl magnesium species with a Grignard reagent and a catalytic amount of amine n. Hex. H. S. Cl. nHex. Amine (10 mol%) RMgX (1.0 eq.). I2 I. THF, 60 °C. Grignard reagent. S. amine. time, h. conversion (%). EtMgCl. none Et2NH iPr NH 2 Cy2NH TMP. 10 2 10 1 10. 26 73 85 85 88. iPrMgBr. none Et2NH i Pr2NH Cy2NH TMP. 10 10 5 2 10. 21 85 73 83 35. t. none Et2NH i Pr2NH Cy2NH TMP. 10 10 10 10 10. 6 71 90 95 5. BuMgCl. Cl. 13.
(13) 2012.4 No.153. 最適化した条件を用い，いくつかの異なった側鎖を持つクロロチオフェンの重合反応を試みた。 置換基としてヘキシル基を有するもの，オクチル基を有するもの，エーテル結合を有するものすべ てにおいて良好な収率，高い HT 選択制で比較的分子量分布の狭いポリマーを得ることに成功した （Table 3）33)。 Table 3. Polycondensation of chlorothiophene using Grignard reagent and catalytic amine. R H. Cl. S. Cy2NH (10 mol%) EtMgCl (1.0 eq.). NiCl2PPh3IPr (1.0 mol%). THF, 60 °C, 1 h. THF, 25 °C, 24 h. Chlorothiophene. R S. Mn. Mw/Mn. %HT. Yield (%). 14900. 1.21. 98. 82. 23100. 1.29. 99. 76. 17000. 1.31. 99. 84. n. Hex H. Cl. S. n-C8H17 H. Cl. S. CH2OC6H13 H. S. Cl. 7 実用的な head-to-tail 型ポリチオフェン合成法に関する考察 Scheme 18 に，これまでに用いられてきた GRIM 法によるポリチオフェン合成と，われわれが最 終的に到達した触媒量のアミン，アルキル Grignard 反応剤，ニッケル触媒を用いる方法の比較を示す。 原料となるモノマーが異なる以外には（2 クロロ 3 ヘキシルチオフェン vs. 2,5 ジブロモ 3 ヘキシル チオフェン），触媒の金属種（Ni）と得られるポリマーの構造は同じであり，メタル化に要する反応 剤に関しても，触媒量二級アミン添加の有無が異なるのみである。両者を比較する際に，原子効率に おいて遙かに優位である 2 クロロ 3 ヘキシルチオフェンを用いる方法に実用的な手法となり得る可 能性があることは明白であり，スケールアップ等を含めたさらなる検討が期待されるものである。. C-H coupling polymerization n. Hex. H. Cl. S. RMgX cat. R' 2NH nHex. GRIM method nHex. Br. S. RMgX. XMg. S. Cl. Br. Scheme 18. Synthesis of HT-P3HT by C-H coupling polymerization/GRIM method. 14. nHex. cat. Ni S. n.
(14) 2012.4 No.153. 8 おわりに 以上述べたように，チオフェンの C H 結合を利用してマグネシウムアミドまたは，アルキル Grignard 反応剤と触媒量のアミンの組み合わせを用いることにより有機金属種を発生させ，ハロゲン 化チオフェンとカップリングさせることによりチオフェン−チオフェン結合を形成する方法が，headto-tail 型に構造を制御されたオリゴチオフェン，ポリチオフェンの合成に極めて効率的で有用である ことが示された。これらの手法を利用することにより，さまざまな有機機能材料としての応用が期待 されるチオフェン誘導体が簡便に合成可能となるものであり，広く合成に利用されることを大いに期 待する。. 文献 1) 2). 3) 4) 5). 6) 7). 8) 9). 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) 20). R. D. McCullough, Adv. Mater. 1998, 10, 93. (a) H. Sirringhaus, N. Tessler, R. H. Friend, Science 1998, 280, 1741. (b) H. Sirringhaus, P. J. Brown, R. H. Friend, M. M. Nielsen, K. Bechgaard, B. M. W. Langeveld-Voss, A. J. H. Spiering, R. A. J. Janssen, W. W. Meijer, P. Herwig, D. M. deLeeuw, Nature 1999, 401, 685. (c) Y. Kim, S. Cook, S. M. Tuladhar, S. A. Choulis, J. Nelson, J. R. Durrant, D. D. C. Bradley, M. Giles, I. McCulloch, C.-S. Ha, M. Ree, Nat. Mater. 2006, 5, 197. (d) Y.-J. Cheng, S.-H. Yang, C.-S. Hsu, Chem. Rev. 2009, 109, 5868. (a) H. Goto, X. Dai, H. Narihiro, K. Akagi, Macromolecules 2004, 37, 2353. (b) M. Kijima, K. Setoh, H. Shirakawa, Chem. Lett. 2000, 29, 936. (c) X. M. Hong, D. M. Collard, Macromolecules 2000, 33, 6916. (a) S. Günes, H. Neugebauer, N. S. Sariciftci, Chem. Rev. 2007, 107, 1324. (b) P.-L. T. Boudreault, A. Najari, M. Leclerc, Chem. Mater. 2011, 23, 456. (a) T. Satoh, M. Miura, Chem. Lett. 2007, 36, 200. (b) O. Daugulis, V. G. Zaitsev, D. Shabashov, Q.-N. Pham, A. Lazareva, Synlett 2006, 3382. (c) D. Alberico, M. E. Scott, M. Lautens, Chem. Rev. 2007, 107, 174. (d) L. Ackermann, R. Vicente, A. R. Kapdi, Angew. Chem. Int. Ed. 2009. 48. 9792. (d) D. Lapointe, K. Fagnou, Chem. Lett. 2010, 39, 1118. (e) I. V. Seregin, V. Gevorgyan, Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 1173. (a) Q. Wang, R. Takita, T. Kikuzaki, F. Ozawa, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11420. (b) W. Lu, J. Kuwabara, T. Kanbara, Macromolecules 2011, 44, 1252. (c) Y. Fujinami, J. Kuwabara, W. Lu, H. Hayashi, T. Kanbara, ACS Macro Lett. 2012, 1, 67. (a) J. A. Letizia, J. Rivnay, A. Facchetti, M. A. Ratner, T. J. Marks, Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 50. (b) M.-H. Yoon, A. Facchetti, C. E. Stern, T. J. Marks, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 5792. (c) A. R. Murphy, J. M. J. Fréchet, Chem. Rev. 2007, 107, 1066. (d) S. Allard, M. Forster, B. Souharce, H. Thiem, U. Scherf, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4070. (a) T. Yasuda, H. Ooi, J. Morita, Y. Akama, K. Minoura, M. Funahashi, T. Shimomura, T. Kato, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 411. (b) S. Yazaki, M. Funahashi, J. Kagimoto, H. Ohno, T. Kato, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7702. (c) M. Funahashi, F. Zhang, N. Tamaoki, Adv. Mater. 2007, 19, 353. (a) A. Mishra, M. K. R. Fischer, P. Bäuerle, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 2474. (b) N. Koumura, Z.-S. Wang, S. Mori, M. Miyashita, E. Suzuki, K. Hara, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14256. (c) M. Miyashita, K. Sunahara, T. Nishikawa, Y. Uemura, N. Koumura, K. Hara, A. Mori, T. Abe, E. Suzuki, S. Mori, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17874. (d) Z.-S. Wang, N. Koumura, Y. Cui, M. Takahashi, H. Sekiguchi, A. Mori, T. Kubo, A. Furube, K. Hara, Chem. Mater. 2008, 20, 3993. N. Miyaura, A. Suzuki, Chem. Rev. 1995, 95, 2457. J. K. Stille, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1986, 25, 508. T. Kirschbaum, C. A. Briehn, P. Bäuerle, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 2000, 1211. A. C. Spivey, D. J. Turner, M. L. Turner, S. Yeates, Org. Lett. 2002, 4, 1899. Y. Nakao, J. Chen, M. Tanaka, T. Hiyama, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11694. (a) N. Masuda, S. Tanba, A. Sugie, D. Monguchi, N. Koumura, K. Hara, A. Mori, Org. Lett. 2009, 11, 2297. (b) S. Tanba, A. Sugie, N. Masuda, D. Monguchi, N. Koumura, K. Hara, A. Mori, Heterocycles 2010, 82, 505. A. Sugie, A. Mori, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2008, 81, 548. S. Tanaka, S. Tamba, D. Tanaka, A. Sugie, A. Mori, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 16734. A. Krasovskiy, V. Krasovskaya, P. Knochel, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2958. C. R. Hauser, H. G. Walker, J. Am. Chem. Soc. 1947, 69, 295. S. M. Asselin, M. M. Bio, N. F. Langille, K. Y. Ngai, Org. Process Res. Dev. 2010, 14, 1427.. 15.
(15) 2012.4 No.153. 21) PEPPSITM: Pyridine-Enhanced Precatalyst Preparation Stabilization and Initiation. 22) C. J. O Brien, E. A. B. Kantchev, C. Valente, N. Hadei, G. A. Chass, A. Lough, A. C − Hopkinson, M. G. Organ, Chem. Eur. J. 2006, 12, 4743. 23) M. G. Organ, S. Calimsiz, M. Sayah, K. H. Hoi, A. J. Lough, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 2383. 24) T. A. Chen, R. D. Rieke, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10087. 25) R. S. Loewe, S. M. Khersonsky, R. D. McCullough, Adv. Mater. 1999, 11, 250. 26) (a) R. Miyakoshi, A. Yokoyama, T. Yokozawa, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17542. (b) T. Yokozawa, A.Yokoyama, Chem. Rev. 2009, 109, 5595. 27) R. D. McCullough, R. D. Lowe, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1992, 1, 70. 28) S. Tamba, S. Tanaka, Y. Okubo, S. Okamoto, H. Meguro, A. Mori, Chem. Lett. 2011, 40, 398. 29) M. C. Stefan, A. E. Javier, I. Osaka, R. D. McCullough, Macromolecules 2009, 42, 30. 30) H. A. Bronstein, C. K. Luscombe, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 12894. 31) R. A. Kelly, III, N. M. Scott, S. Díez-González, E. D. Stevens, S. P. Nolan, Organometallics 2005, 24, 3442. 32) K.Matsubara, K. Ueno, Y. Shibata, Organometallics 2006, 25, 3422. 33) S. Tamba, K. Shono, A. Sugie, A. Mori, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9700. (Received January 2012). 執筆者 紹 介. 田中 将太 (Shota Tanaka) 神戸大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 博士課程 ［ご経歴］ 2011 年 神戸大学工学部応用化学科卒業，2012 年 神戸大学大学院工学研究科修了，神戸大学大学院工学研究科 応用化学専攻博士後期課程進学，現在に至る。 ［専門分野］ 有機合成化学，有機金属化学. 丹波 俊輔 (Shunsuke Tamba) 神戸大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 博士課程 ［ご経歴］ 2009 年 神戸大学工学部応用化学科卒業，2011 年 神戸大学大学院工学研究科修了，神戸大学大学院工学研究科 応用化学専攻博士後期課程進学，現在に至る。2012 年より日本学術振興会特別研究員。 ［専門分野］ 有機合成化学，有機金属化学. 森 敦紀 (Atsunori. Mori) 神戸大学 大学院 工学研究科 教授. ［ご経歴］ 1987 年 名古屋大学大学院工学研究科応用化学専攻博士課程修了，1987-1988 年 米国カリフォルニア大学バー クレー校研究員，1988-1993 年 東京大学工学部助手，1993-1995 年 北陸先端科学技術大学院大学材料科学研究科助手， 1995-2005 年 東京工業大学資源化学研究所助教授，2005-2006 年 神戸大学工学部教授，2007 年より現職。20062008 年 東京工業大学資源化学研究所客員教授，2009 年より東京工業大学統合研究院協力教員。 ［専門分野］ 応用有機化学. 16.
(16) 2012.4 No.153. 寄稿論文 TCI 関連製品 ニッケル触媒. i. iPr. Pr N. N iPr. Cl. iPr. Ni Cl PPh3. NiCl2(PPh3)IPr 200mg 6,500 円 1g 17,900 円 [B3235]. 3- アルキルチオフェン nHex. n. nHex. Hex. S. S. Br. 2-Bromo-3-hexylthiophene 5g 20,100 円 [B3507]. 3-Hexylthiophene 1g 3,000 円 5g 8,900 円 25g 30,900 円 [H0756]. 2-Chloro-3-hexylthiophene 5g 16,000 円 [C2613]. nHex. I. S. nHex. Br. Br. Br. S. 2,5-Dibromo-3-hexylthiophene 5g 22,200 円 [D3896]. 2-Bromo-3-hexyl-5-iodothiophene (stabilized with Copper chip). 1g 6,600 円 5g 22,800 円 [B3865]. Me. Me. OMe. S. S. 3-Methoxythiophene 1g 5,500 円 5g 15,900 円 [M1093]. S. 3-Methylthiophene 25g 6,100 円 500g 55,900 円 [M0440] nHex. S. 2,2'-Bithiophene 1g 3,600 円 10g 17,900 円 25g 35,800 円 [B1276]. Br. 2-Bromo-3-methylthiophene 5g 6,800 円 25g 20,300 円 [B1025]. ビチオフェン S. Cl. S. S. nHex. S. 3,4'-Dihexyl-2,2'-bithiophene 1g 16,500 円 5g 52,500 円 [D3928]. その他アルキルチオフェン B3691 D4053 D4031 P1128 B1458 P1127 H0722 O0213 N0533 D2098 U0056 D2016 O0245. 2-Bromo-3-dodecylthiophene 2,5-Dibromo-3-n -octylthiophene 2,5-Dibromo-3-dodecylthiophene 3-Propylthiophene 3-Butylthiophene 3-Pentylthiophene 3-Heptylthiophene 3-n -Octylthiophene 3-Nonylthiophene 3-Decylthiophene 3-Undecylthiophene 3-Dodecylthiophene 3-Octadecylthiophene. 1g. 4,300 円. 1g. 7,900 円. 1g 1g 1g 1g 5g 1g 1g 1g 5g 1g. 8,700 円 6,700 円 11,900 円 6,500 円 12,400 円 14,200 円 6,600 円 11,600 円 22,000 円 10,800 円. 5g 5g 5g 5g 5g 5g 5g 25g 5g 5g 5g 25g 5g. 15,700 円 22,200 円 25,900 円 25,300 円 23,700 円 34,600 円 16,800 円 42,100 円 41,200 円 21,600 円 33,900 円 65,900 円 35,800 円. 各製品の詳細はオンラインカタログで www.TCIchemicals.com/ja/jp. 17.
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図
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通常，2 層もしくは 3 層以上の層構成からなり，それぞれ の層は，接着層，バリア層，接合層に分けられる。接着層に は，Ti （チタン），Ta
川，米光らは，β-ケトスルホキシド１ａがPummerer反
攻撃者は安定して攻撃を成功させるためにメモリ空間 の固定領域に配置された ROPgadget コードを用いようとす る．2.4 節で示した ASLR が機能している場合は困難とな
るとする︒しかし︑フランクやゴルトシュミットにより主張された当初︑責任はその構成要素として︑行為者の結果
構成要件段階において未遂犯の成立を基礎づけるとされている「法益侵害結果が発生した
刑事違法性が付随的に発生・形成され，それにより形式的 （合） 理性が貫 徹されて，実質的 （合）
Pretazettine(45)(式11)はクリーン型ヒガンバナ科ア
較的⾼温場の場合では，主にアセチレンが⽣成される．⼀⽅で⽐較的低温場の場合で
